Ultra-broadband Entangled Photons on a Nanophotonic Chip
纳米光子纠缠光子源是芯片级量子光子架构的关键构建块，并且在过去二十年中已经取得了重大发展。这些源产生通常跨越窄频率带宽的光子对。在宽光谱区域上产生纠缠已被证明在包括量子精密测量、光谱学和感测以及光通信的各种各样的应用中是有用的。然而，尚未看到在芯片上产生具有接近光学周期的时间相干性的宽带光子对。在这里，我们展示了超宽带纠缠光子的产生使用自发参量下转换在一个极化的锂离子纳米光子波导。我们采用色散工程实现100 THz（1.2 - 2 $μ$ m）的带宽，13 GHz/mW的高效率。光子显示出强的时间相关性和纯度，符合与偶然的比率超过$10^5$和$>$ 98\%的双光子干涉可见度。这些特性与压电和电光控制和可重构性一起，使薄膜锂酸盐成为量子通信和计算的可控纠缠源的优秀平台，并开辟了一条通往飞秒计量和光谱学的道路，在纳米光子芯片上使用非经典光。
2021-01-13 physics.app-ph physics.optics
Broadband enhanced chirality with tunable response in hybrid plasmonic helical metamaterials
设计宽带增强的手性对于新兴的手性化学和传感领域，或者在最近引入的纳米光子手性量子和经典光学应用中控制光子的自旋轨道动量具有强烈的兴趣。然而，手征光-物质相互作用具有极其微弱的性质，难以控制和增强，并且不能调谐或宽带化。此外，在技术上重要的可见光到紫外光谱处实现强、宽带和可调谐手性的平面双纳米光子结构仍然是难以捉摸的。在这里，我们解决这些重要的问题，通过实验证明和理论验证光谱可调，极大的，和宽带手旋光响应的纳米螺旋超材料。报道的全介电和介电-金属（混合）等离子体超材料的新设计允许通过大规模纳米光子结构实现有史以来最大和最宽的测量手性库恩不对称因子。此外，所提出的自下而上制造的光学超材料的强圆二色性可以通过改变它们的尺寸和它们的电介质和等离子体螺旋子部分之间的比例来调谐。目前展示的超材料有望为手光学领域的发展提供实质性的推动，从而在纳米尺度上显著增强和宽带手征光-物质相互作用。
2021-01-28 physics.optics
A High Responsivity Broadband Photodetector Based on a WSe2 NiO Nanowire Heterostructure with Engineered Nanophotonic Enhancement
本研究通过集成单层p型WSe₂与电纺p型NiO纳米线构建2D-1D异质结构光电探测器，利用纳米光子场限制机制实现350-780 nm宽带响应，可见光区响应度达627 A/W，为缓解光电探测器增益带宽权衡提供新途径。
2025-11-19 physics.optics
Generation of ultra broadband coherent supercontinuum in tapered and dispersion managed silicon nanophotonic waveguides
研究了用于产生最佳超宽带超连续谱（SC）的锥形和色散管理（DM）硅纳米光子波导。DM波导是示出纵向依赖的群速度色散的结构，其由波导宽度随传播距离的变化引起。为了生成最优的SC，遗传算法已被用来找到最好的分散图。对于2 $μ$ m、200 fs和6.4 pJ输入脉冲，这允许分别对于锥形波导和DM波导在-20 dB水平下产生跨越从1300 nm到2860 nm的1.14倍频程和从1200 nm到2870 nm的1.25倍频程的高度相干超连续谱。这两种结构与通常考虑的最佳固定宽度波导的比较表明，SC在更精细的DM波导中更宽和更平坦，同时通过变化的色散确保高相干性。
2016-12-01 nlin.PS physics.optics
Broadband quadrature-squeezed vacuum and nonclassical photon number correlations from a nanophotonic device
我们报道了在集成纳米光子器件中产生的正交压缩真空和光子数差压缩。在氮化硅微腔中，通过强驱动的阈值以下自发四波混频产生压缩光。所产生的光的特点是零差检测和直接测量的光子统计使用光子数分辨过渡边缘传感器。我们测量宽带正交压缩的$1.0(1)$ ~dB（片上推断的${\sim}4$ ~dB）和光子数差压缩的$1.5(3)$ ~dB（片上推断的${\sim}7$ ~dB）。实现了接近单时间模式的操作，测量的原始未预告的二阶相关$g^{(2)}$高达$1.95(1)$。超过10个光子的多光子事件被直接检测到，其速率超过任何先前使用集成纳米光子学的量子光学演示。这些结果将对缩放连续变量量子技术产生有利影响。
2020-10-16 physics.optics quant-ph
Overcoming Thermo-Optical Dynamics in Broadband Nanophotonic Sensing
集成光子学的进步为使用高品质因数纳米光子腔实现超高灵敏度和带宽的批量制造光学传感器打开了令人兴奋的机会。灵敏度随着光功率的提高而提高，然而，微米级模体积内的局部吸收和加热显著地使腔谐振失真，并且将传感器响应强烈地耦合到热动力学，从而限制了灵敏度并阻碍了宽带时间相关信号的测量。在这里，我们推导出一个频率相关的光子传感器的传递函数，占热光动力学和定量描述测量的宽带光机械信号从集成的光子原子力显微镜纳米机械探针。使用该传递函数，探针可以在高光功率、强热光非线性区域中操作，达到$\approx$ 0.4 fm/Hz $^{1/2}$的灵敏度，相对于线性区域中的最佳性能改进了$\approx 10\times$。反直觉地，我们发现，较高的转换增益和灵敏度获得较低的品质因数的光学模式，为低信号频率。不限于光机械传感器，推导出的传递函数一般是有效的，用于描述小信号的动态响应的广泛的技术上重要的光子传感器的热光效应。
2021-01-19 physics.app-ph physics.optics
Highly squeezed nanophotonic quantum microcombs with broadband frequency tunability
本文提出一种基于低于阈值光学参量放大器的强过耦合氮化硅纳米光子压缩器，实现5.6 dB压缩并揭示16个qumode的量子频率梳，同时展示宽带频谱调谐，为芯片级量子传感与连续变量量子信息处理提供可扩展路径。
2025-05-06 physics.optics quant-ph
Ultra-broadband quadrature squeezing with thin-film lithium niobate nanophotonics
压缩光是一种关键的量子资源，它使传感、网络和计算应用具有量子优势。利用集成平台可扩展地产生和操纵压缩光对于具有连续变量的量子技术的发展是高度期望的。在这封信中，我们展示了压缩光产生与薄膜锂的氢化物集成光子学。利用铁电畴工程的准相位匹配实现了参量下转换。在亚波长模式限制下，可以用单通结构观察到有效的非线性过程。我们测量到0.56 +-0.09dB正交压缩（片上推断为~ 3dB）。单通配置进一步使得能够产生具有高达7 THz的大光谱带宽的压缩光。这项工作是实现连续变量量子信息处理的重要一步
2021-07-15 physics.optics quant-ph
Nonlinear Maxwell's Equations as a Boundary Value Problem in Multilayer Nanophotonics
State Key Laboratory for Artificial Microstructure and Mesoscopic Physics and Frontiers Science Center for Nano-optoelectronics, School of Physics, Peking University（北京大学物理学院人工微结构和介观物理国家重点实验室及纳米光电前沿科学中心）；Collaborative Innovation Center of Extreme Optics, Shanxi University（山西大学极端光学协同创新中心）
本文提出结合转移矩阵法与迭代格林函数法的统一框架，将线性多层响应作为边界条件纳入非线性边值问题自洽求解，经两个示例验证，可关联纳米光子设计与超快非线性动力学。
2026-08-20 physics.optics
Integrated optical devices based on broadband epsilon-near-zero meta-atoms
通过数值模拟，验证了所提出的理论策略在光频范围内设计宽带近零介电常数（ENZ）超材料的可行性。此外，所设计的宽带ENZ堆叠被用作元原子，以构建具有非凡性能的功能纳米光子器件，包括超箭头电磁能量隧穿通道和ENZ凹聚焦透镜。
2012-05-23 physics.optics
Ultra-broadband nanophotonic phase shifter based on subwavelength metamaterial waveguides
光学移相器广泛应用于集成光学中，不仅用于电信和电信应用，而且用于传感器和量子计算。虽然已经展示了各种有源解决方案，但仍然缺乏无源移相器的进展。在这里，我们提出了一种新型的超宽带90°移相器，它利用了亚波长超材料波导的各向异性和色散工程。我们的Floquet-Bloch计算预测，在从1.35 $μ$ m到1.75 $μ$ m的前所未有的操作范围内，即覆盖E、S、C、L和U电信频带的400 nm带宽，相移误差低于$\pm$ 1.7°。即使在$\pm$ 20 nm的制造误差存在下，我们的移相器的平坦光谱响应也能保持，表现出比传统结构更大的鲁棒性。我们的设备进行了实验证明，使用标准的220 nm厚的SOI晶片，显示了四倍减少的相位变化相比，传统的移相器在145 nm的波长范围内，我们的测量设置。该亚波长工程移相器为新型超宽带光子集成电路的研制奠定了基础。
2019-07-18 physics.app-ph physics.optics
On-chip Nanophotonic Broadband Wavelength Detector with 2D-Electron Gas
随着光子学进入新时代，小型化、低成本的波长探测器越来越受到人们的关注。传统滤波器与集成电路的不兼容性或复杂的制造要求使得开发一个简单的、易于使用的波长检测系统的片上平台成为必要。此外，强度波动阻碍了光谱信息的精确、无噪声检测。在这里，我们提出了一种新的方法，利用波长敏感的光电流在半导体异质结的实验验证宽带波长检测的片上平台上具有简单的制造工艺。所提出的设备利用内部光电发射的线性频率响应，通过2-D电子气在ZnO基异质结以及参考结的相干共模抑制。我们报告的灵敏度为0.96 μ A/nm的宽波长范围为280 nm，从660-940 nm。简单的制造工艺，有效的强度噪声消除以及ZnO的耐热性和辐射硬度使得所提出的平台简单，低成本和有效的替代方案，如光谱仪，传感和物联网。
2021-11-05 physics.app-ph physics.optics
Efficient quantum dot single photon extraction into an optical fiber using a nanophotonic directional coupler
我们展示了一种光谱宽带和高效的技术，用于收集从单个InAs量子点直接进入标准单模光纤的光致发光。在这种方法中，光纤锥形波导与具有嵌入式量子点的悬挂GaAs纳米光子波导接触放置，形成具有标准光纤输入和输出的高效宽带定向耦合器。在几十纳米的波长范围内的有效的光致发光收集被证明，和一个单一的量子点激子到单模光纤的最大收集效率为6.05%（相应的单光子速率为3.0 MHz）估计。
2011-09-27 physics.optics quant-ph
Nanophotonic source of broadband quadrature squeezing
压缩光是方差低于散粒噪声水平的光束。它们是基于光子的量子技术的关键资源，可以用来实现更高精度的测量，提高量子密钥分发信道的安全性，并作为量子计算的基础资源。迄今为止，大多数基于压缩光的实验都是基于非线性晶体和分立光学元件，因为在纳米制造友好材料中集成光的正交压缩态是一项具有挑战性的技术任务。在这里，我们测量0.45 dB的GHz宽正交压缩的环形谐振器集成在氮化硅光子芯片，我们制造的CMOS兼容的步骤。估计校正片外损耗的结果比散粒噪声散粒噪声电平低1 dB。我们确定并验证，目前的结果是有限的芯片中产生的多余的噪声，并提出方法来减少it.Calculation表明，在现有技术可实现的芯片的光学性能的改善可以开发基于光的可扩展的量子技术。
2019-04-15 physics.optics quant-ph
Fabrication-constrained nanophotonic inverse design
将计算设计方法应用于纳米光子器件的主要困难是确保所得到的设计是可制造的。在这里，我们描述了一个一般的逆设计算法的纳米光子器件，直接结合制造约束。为了证明我们的方法的能力，我们设计了一个空间模式解复用器，波长解复用器和定向耦合器。我们还设计和实验证明了一个紧凑的，宽带$1 \times 3$功率分配器上的硅光子平台。分束器具有仅为$3.8 \times 2.5~\mathrm{μm}$的覆盖区，并且完全在典型硅光子工艺的设计规则内，具有$100~\mathrm{nm}$的最小曲率半径。在设计的$1400 - 1700~\mathrm{nm}$波长范围内平均，我们的分路器的插入损耗为$0.642 \pm 0.057 ~\mathrm{dB}$，功率均匀性为$0.641 \pm 0.054~\mathrm{dB}$。
2017-03-25 physics.optics
Nanophotonic Filters and Integrated Networks in Flexible 2D Polymer Photonic Crystals
聚合物具有吸引人的光学、生物化学和机械性质，包括宽带透明性、易于功能化和生物相容性。然而，它们的低折射率已经排除了聚合物中的波长尺度光学限制和纳米光子应用。在这里，我们介绍了悬浮聚合物光子晶体（SPPC）架构，使纳米光子结构的实施通常限于高折射率材料。使用SPPC平台，我们展示了纳米光子带边滤波器，波导和纳米腔，其质量（$Q$）因素超过$2,300$和模式体积（$V_{mode}$）低于\textbf{$1.7(λ/n)^{3}$}。空前高的$Q/V_{mode}$比导致嵌入式发射器的辐射跃迁通过腔Purcell效应的光谱选择性增强，增强因子超过100。此外，SPPC架构允许直接集成纳米光子网络，这里通过具有亚纳米光谱分辨率的波导耦合腔降滤波器示出。聚合物中纳米尺度的光限域技术有望在光通信、有机光电子学和纳米光子聚合物传感器等领域获得新的应用。
2013-07-22 physics.optics
Antimony for broadband nanophotonics across the ultraviolet, visible and infrared
Instituto de Óptica, CSIC（西班牙科学研究中心光学研究所）；McMaster University（麦克马斯特大学）；Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM), CSIC（西班牙科学研究中心马德里材料科学研究所）
本文首次精确测量锑纳米薄膜在紫外至远红外的宽谱介电函数，发现巨带间跃迁主导响应，并展示可调谐等离激元和介电共振，为宽带纳米光子器件提供新路径。
2026-09-11 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Nonlinear anisotropic dielectric metasurfaces for ultrafast nanophotonics
我们报告了各向异性纳米块非晶硅颗粒的宽带瞬态光学响应，表现出米氏型共振。一个定量模型的开发，以确定和解开的三个物理过程，管理的超快变化的nanobrick的光学性能，即双光子吸收，自由载流子弛豫，晶格加热。我们揭示了一组操作窗口，其中超快的全光调制的传输实现与完全归零在20 ps。这是可能的，由于竞争的非线性过程之间的相互作用，尽管缓慢（纳秒）的内部晶格动力学。所观察到的超快开关行为可以独立地设计为两个或正交偏振使用纳米块的大各向异性，从而允许超快各向异性控制。我们的研究结果明确确定了全介电共振纳米光子学作为超快光学器件平台的潜力，并揭示了超快偏振复用显示器和偏振旋转器的可能性。
2017-06-02 physics.optics
Halide-Perovskite Resonant Nanophotonics
卤化物钙钛矿是近年来出现的一种在光电子学和光电子学中有广泛应用前景的材料。最近的研究表明，由于低成本的制造，高值的折射率，激子在室温下的存在，宽带带隙的可调谐性，高的光学增益和非线性响应，以及它们与其他类型的结构的集成的简单性，它们的光学性能先进的纳米光子器件的设计许多新的机会。本文综述了近年来纳米结构钙钛矿晶体光学效应的研究进展及其潜在应用。
2018-07-13 physics.app-ph physics.optics
Broadband dielectric permittivity tensor of muscovite for next-generation all van der Waals photonic components
Yerevan State University（埃里温国立大学）；National University of Singapore（新加坡国立大学）；University of Southampton（南安普顿大学）
研究确定了范德瓦耳斯黏土石英在宽频紫外到近红外波段的介电极性张量，展示了其作为低损耗超薄纳米光子学平台的潜力，并设计了基于黏土石英的范德瓦耳斯异质结构。
2026-04-21 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Diamond electro-optomechanical resonators integrated in nanophotonic circuits
金刚石集成光子器件在纳米光子学和量子光学领域有着广阔的应用前景。在这里，我们展示了金刚石纳米光子电路的主动调制，利用独立的金刚石电光机械谐振器的机械自由度。我们获得高达9600的高品质因数，使我们能够读出驱动的纳米机械响应与集成的光学干涉仪具有高灵敏度。我们能够激发更高阶的机械模式高达115 MHz，并在环境条件下观察纳米力学响应。
2014-10-28 physics.optics
Nanophotonic supercontinuum based mid-infrared dual-comb spectroscopy
分子振动吸收的高分辨率和快速检测对于有机合成、制药过程和环境监测是重要的，并且通过经由双梳光谱的中红外（mid-IR）激光频率梳来实现。在这里，我们展示了一种新颖且高度简化的方法，通过超连续谱产生实现宽带中红外双梳光谱，该方法使用前所未有的纳米光子色散工程来实现，该工程允许平坦包络、超宽带中红外梳谱。中红外双梳具有覆盖2800-3600 1/cm的官能团区域的瞬时带宽，包括超过100，000条梳线，能够以高灵敏度、光谱分辨率和速度进行并行气相检测。除了传统的功能团，他们的同位素也解决了基于超连续谱的双梳光谱。我们的方法结合了成熟的光纤激光梳，数字相干数据平均和集成非线性光子学，每一个本身都是最先进的技术，标志着中红外双梳光谱的出现，可在受保护的实验室环境之外使用。
2019-08-02 nlin.PS physics.app-ph physics.optics
Miniaturized Low-power Electro-optic Modulator Based on Silicon Integrated Nanophotonics and Organic Polymers
设计并实现了一种基于电光聚合物填充硅缝隙光子晶体波导（PCW）的小型、低功耗、低色散、宽带光调制器。该EO聚合物专为高EO活性和近红外透明性而设计。在8 nm的光谱范围内，半波开关电压为Vπ=0.97V，对应于推挽结构的最高有效器件内r33为1190 pm/V，Vπ L为0.291Vmm。排除慢光效应，我们估计EO聚合物在槽中以89 pm/V的超高效率极化。此外，为了实现高速调制，硅PCW被选择性地掺杂以减少RC时间延迟。该调制器的3dB射频带宽为11 GHz，调制响应可达40 GHz。
2014-12-08 physics.optics
Nanophotonic engineering of far-field thermal emitters
热辐射是一种普遍存在的基本过程，所有处于非零温度的物体都会辐射电磁能。这个过程通常在空间和时间上都是不相干的，导致宽带，全向光发射到远场，光谱密度与普朗克定律的发射器温度有关。在过去的二十年中，有相当大的进展，在工程的光谱，方向性，偏振和时间响应的热发射光使用纳米结构材料。这篇综述总结了热发射的基本物理学，列出了各种纳米光子方法来设计远场热发射，并强调了几个相关的应用，包括能量收集，照明和辐射冷却。
2018-12-11 physics.app-ph physics.optics
Two-optical-cycle pulses from nanophotonic two-color soliton compression
California Institute of Technology（加州理工学院）
本研究突破集成光子学瓶颈，在铌酸锂纳米结构中利用二次双色孤子动力学实现两光周期脉冲压缩，仅3pJ输入即可产生2μm波段~13fs脉冲，为片上单周期超快系统提供路径。
2025-02-18 physics.optics
Dispersion engineered AlGaAs-on-insulator nanophotonics by distributed feedback
本文提出一种基于分布式布拉格反射镜的绝缘体上AlGaAs线性谐振器，通过形状约束逆向设计定制色散分布，实验与模拟高度一致，为集成光路色散工程提供高效通用方案。
2025-10-16 physics.optics
Dual-comb spectroscopy with tailored spectral broadening in Si$_3$N$_4$ nanophotonics
Si $_3$ N $_4$波导，在1550 nm处泵浦，可以在重要的2 ${\mathrmμ}$ m至2.5 ${\mathrmμ}$ m大气水窗口中为气体光谱提供光谱平滑的宽带光，这对于基于二氧化硅光纤的系统仅是部分可达的。通过在定制的Si $_3$ N $_4$波导中结合Er+：光纤频率梳和超连续谱产生，展示了跨越2 ${\mathrmμ}$ m到2.5 ${\mathrmμ}$ m的高信噪比双梳光谱（DCS）。获得的CO和CO的宽带双梳谱$_2$符合数据库线形模型，并具有高达48 $/\sqrt{\mathrm{s}}$的光谱信噪比，表明在Si $_3$ N $_4$超连续谱产生中保持了两个梳之间的高相干性。DCS品质因数为6 $\times 10^6/\sqrt{\mathrm{s}}$，相当于1.6 ${\mathrmμ}$ m波段的全光纤DCS系统。基于这些结果，未来的DCS可以将光纤梳技术与Si $_3$ N $_4$波导相结合，以在稳健的非实验室平台中访问新的光谱窗口。
2018-11-14 physics.app-ph physics.optics
Thin On-Sensor Nanophotonic Array Cameras
Princeton University（普林斯顿大学）；University of Washington（华盛顿大学）
本文提出一种基于倾斜微透镜阵列超表面与可微优化及生成扩散模型重建方法的平坦纳米光子计算相机，在700纳米厚度下实现宽带百万像素成像。
2023-08-05 cs.CV physics.optics
Nanostructured transition metal dichalcogenide multilayers for advanced nanophotonics
过渡金属二硫属化合物（TMD）由于其特殊的光学、激子、力学和电学性质而引起人们的广泛关注。纳米结构多层TMD最近被证明是非常有前途的纳米光子应用，由于其异常高的折射率和光学各向异性的动机。在这里，我们将这一愿景扩展到更复杂的结构，如纳米盘和纳米孔的周期性阵列，以及概念验证波导和谐振器。我们特别专注于各种先进的纳米工艺策略，包括精心选择电子束光刻和蚀刻方法的抗蚀剂。这里研究的具体材料包括半导体WS $_2$、面内各向异性ReS $_2$和金属TaSe $_2$、TaS $_2$和NbSe $_2$。由此产生的纳米结构可能会影响几个纳米光子和光电领域，包括高折射率纳米光子学，等离子体激元和片上光学电路。在这里开发的TMD材料相关的纳米纤维参数的知识将有助于拓宽这些材料在全TMD纳米光子学的未来应用范围。
2022-02-10 physics.optics
Transient optical symmetry breaking for ultrafast broadband dichroism in plasmonic metasurfaces
超快纳米光子学是一个新兴的研究领域，旨在开发能够以前所未有的速度进行光调制的纳米器件。一种很有前途的方法是利用纳米结构材料（金属或电介质）的光学非线性，通过与强超短激光脉冲的相互作用来调制它们的有效介电常数。虽然这种纳米结构的光激发后的超快时间动力学已被深入研究，亚ps瞬态空间不均匀性发生在纳米尺度迄今几乎被忽略。在这里，我们从理论上预测和实验证明，光生热载流子的不均匀时空分布诱导在由高度对称的亚原子制成的等离子体超表面中的瞬态对称性破缺。该过程是完全可逆的，并且导致宽带瞬态二向色性光学响应，在小于1皮秒的时间内恢复初始各向同性状态，克服了由较慢的弛豫过程（例如电子-声子和声子-声子散射）引起的速度瓶颈。我们的研究结果铺平了道路的超快二向色性器件的发展，能够Tera位/秒的光偏振调制。
2020-07-31 physics.optics
Active silicon integrated nanophotonics: ferroelectric BaTiO3 devices
硅上复合氧化物的集成提供了扩展和增强具有新的电子、磁性和光子特性的硅技术的机会。在这些材料中，钛酸钡（BaTiO 3）是一种特别强的铁电钙钛矿氧化物，具有吸引人的介电和电光特性。在这里，我们展示纳米光子电路将铁电钛酸钡薄膜上无处不在的绝缘体上硅（SOI）平台。我们直接在SOI上生长外延单晶BaTiO 3，并设计集成波导结构，同时限制BaTiO 3层中的光和RF电场。使用片上光子干涉仪，我们提取了一个大的有效普克尔斯系数为213加上减去49 pm/V，一个值大于六倍的商业光调制器的基础上锂的钛酸盐。单片集成的钛酸钡光调制器的调制带宽在千兆赫兹制度，这是有前途的宽带应用。
2014-02-04 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Strong asymmetry of forward scattering effect from dielectric cubic nanoantenna in lossless media
介电光子学平台通过利用具有特殊光学特征的高折射率介电纳米天线提供了控制光散射的独特可能性。尽管全介电纳米光子学的领域不断发展，但仍然不清楚周围介质如何影响具有复杂多极响应的纳米天线的散射特性。在这里，我们报告的光散射的硅立方纳米粒子嵌入在无损介质中，支持光学共振响应。我们表明，在散射过程中的显着变化是由电磁多极共振经历光谱红移和扩大在整个可见光和近红外光谱作为介质的指数增加。最有趣的是，所考虑的纳米天线表现出宽带前向散射在可见光和近红外光谱范围内，由于高折射率介质中的克尔效应。宽带前向散射的显示效果对于介质影响至关重要的高要求应用至关重要，例如医疗保健：传感，治疗效率监测和诊断。此外，这项研究的见解预计将为设计纳米光子系统铺平道路，包括但不限于单一框架内的媒体中的惠更斯超颖表面。
2019-01-18 physics.optics
Purcell Enhancement of Parametric Luminescence: Bright and Broadband Nonlinear Light Emission in Metamaterials
单光子源和相关双光子源是光信息系统的重要组成部分。非线性下转换光源是单光子和纠缠光子对的鲁棒且稳定的发射器。然而，由低对称性非线性晶体的性质决定的下变频光发射的速率通常非常小，导致器件设计和集成的显著约束。在本文中，我们表明，原则自发发射控制（即Purcell效应）的纳米结构，如超材料，可以概括为描述增强非线性光产生过程，如参量下转换。我们发展了一个新的理论框架，在一般的各向异性，色散和损耗介质中的量子非线性发射。我们进一步发现双曲型色散介质中的自发参量下转换是宽带的，并且没有相位失配。我们预测，在实验现实的纳米结构中，下转换的发射率提高了1000倍，每秒可达105个光子对。我们的理论形式和方法的Purcell增强的非线性光学过程，提供了一个框架，描述量子非线性光学现象在复杂的纳米光子结构。
2017-09-20 physics.optics
Visible-to-mid-IR tunable frequency comb in nanophotonics
光学频率梳是一种使能技术，用于从计量到测距和通信的多种应用。光学频率梳源的巨大进展主要集中在近红外光谱区域，而许多应用需要可见光和中红外的源，这到目前为止一直具有挑战性，特别是在纳米光子学中。在这里，我们报告频率梳可调谐从可见光到中红外线的单芯片上的超宽可调谐光学参量振荡器在锂离子纳米光子学。使用皮秒长的泵浦脉冲约1 $μ$ m和调谐的准相位匹配，我们显示亚皮秒频率梳可调谐超出倍频程从1.5 $μ$ m扩展到3.3 $μ$ m与毫微微焦耳级的阈值。我们利用红外梳的上转换，在同一芯片上产生达到620 nm的可见光频率梳。我们的纳米光子源的超宽带可调谐性和可见光到中红外光谱覆盖范围可以与作为其泵浦的片上皮秒源以及其输出处的脉冲缩短和光谱加宽机制相结合，所有这些都可以在锂离子电池纳米光子学中获得。我们的研究结果突出了一个实用的和普遍的路径，在纳米光子学实现有效的频率梳源克服其光谱稀疏。
2022-12-16 physics.app-ph physics.optics
Sidewall-Poled Nanophotonic Lithium Niobate with Bidirectional Characterization
University of Massachusetts Amherst（马萨诸塞大学阿默斯特分校）；University of Central Florida（中佛罗里达大学）；Northwestern University（西北大学）
该研究针对集成非线性光子器件表征的损耗与不均匀性问题，提出双向表征框架，通过经典功率测量实现多参数提取，经侧壁极化铌酸锂波导实验验证，为光子器件表征提供通用途径。
2026-08-24 physics.optics
Optical anapoles in nanophotonics and meta-optics
亚波长光子结构支持的电磁模式干涉是超光学中支持光的亚波长控制的关键概念之一。它推动了全介电米氏共振纳米光子学的整个领域，并在低损耗纳米级光学天线、超表面和元器件方面有许多应用。具体来说，电和环形偶极矩的干涉导致一个非常奇特的，低辐射的光学状态与光学anapole的概念。在这里，我们揭示了物理的多模干涉和多极相互作用的纳米结构与一个有趣的例子的光学anapole。我们回顾了最近出现的领域anapole电动力学阐明其相关性多极纳米光子学，包括直接的实验观察，表现在非线性光学，并迅速扩大应用在纳米天线，有源光子学，和超材料。
2018-10-05 physics.optics
Mid-infrared optical parametric amplifier using silicon nanophotonic waveguides
全光信号处理被认为是下一代光通信网络大幅降低功耗和提高性能的一种方法。非线性光学效应，如四波混频（FWM）和参量增益，长期以来一直被探索在玻璃光纤中实现全光功能。另一种方法是采用硅波导的纳米级工程来增强光学非线性高达五个数量级，从而实现集成芯片级全光信号处理。以前，电信波段泵浦的强双光子吸收（TPA）一直是一个基本的和不可避免的障碍，限制了参数增益的值在几dB的顺序。在这里，我们展示了一个硅纳米光子光参量放大器，表现出高达25.4 dB的增益，通过操作泵在中红外近一半的带隙能量（E~0.55eV，λ ~ 2200 nm），在寄生TPA相关的吸收消失。该增益足以补偿所有插入损耗，从而实现13 dB净片外放大。此外，色散工程将增益带宽显著提高到220 nm以上，所有这些都是使用超紧凑的4 mm硅芯片实现的。除了与全光信号处理的显著相关性外，宽带参量增益还有助于通过级联FWM同时生成多个片上中红外光源，覆盖500 nm光谱范围。总之，这些结果提供了一个基础的硅基室温中红外光源，包括可调芯片级参量振荡器，光学频率梳，和超连续谱发生器的建设。
2010-01-10 physics.optics
Cryogenic packaging of nanophotonic devices with a low coupling loss < 1 dB
本文提出一种锥形光纤与纳米光子器件的永久封装技术，在近红外波段实现每端面低于1 dB的创纪录低耦合损耗，且从室温到30 mK保持稳定，并验证了与刻蚀铌酸锂波导的兼容性，为光子在室温和低温下的可扩展集成铺平道路。
2023-08-10 physics.optics quant-ph
Intense optical parametric amplification in dispersion engineered nanophotonic lithium niobate waveguides
集成光子学中的强放大是计算、通信、传感和量子信息处理最期望的光学功能之一。半导体增益和立方非线性，如四波混频和受激拉曼和布里渊散射，已经成为芯片上研究最多的放大机制之一。或者，具有强二次非线性的材料平台在增益和带宽方面具有许多优势，其中纳米光子锂离子材料是最有前途的候选材料之一。在这里，我们将准相位匹配与色散工程相结合，在纳米光子晶体锂酸盐波导中实现了强烈的光参量放大。我们测量了一个宽带相敏片上放大大于45 dB/cm的2.5毫米长的波导。我们进一步确认高增益操作的退化和非退化制度，通过放大真空波动的宏观水平在6毫米长的波导，与片上增益超过100 dB/cm的600 nm的带宽约2 $μ$ m。我们的研究结果为片上少周期非线性光学、中红外光子学和量子光子学开启了新的可能性。
2022-03-15 physics.optics quant-ph
Fluidic Integration of Nanophotonic Devices Using Decomposable Polymers
基于聚乙烯的可分解聚合物可以用紫外线或电子束辐射图案化，用于创建微米级的流体通道。氮化硅衬底用于制造在光谱的可见光范围内操作的纳米光子波导和谐振器。通过氧化物包层热分解聚合物产生的荧光通道用于将超少量的荧光样品传递到光学传感器。
2015-03-09 physics.optics
Laser electro-optic frequency comb in lithium niobate nanophotonics
California Institute of Technology（加州理工学院）；University of California, Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校）；PINC Technologies Inc.（PINC科技有限公司）；Jet Propulsion Laboratory（喷气推进实验室）；Aston University（阿斯顿大学）
本文提出一种激光电光频率梳，通过相干连续波注入驱动相位调制激光腔进入新工作区，实现高效率、高功率和高相干性的统一，展示出毫瓦级功率、皮秒级脉冲和窄线宽谱特性。
2026-04-22 physics.optics
Phase sensitive amplification in silicon photonic crystal waveguides
实验研究了基于泵浦简并四波混频的硅光子晶体波导中的相敏放大。在记录紧凑型196 μm纳米光子器件中，尽管存在双光子吸收和自由载流子，但由于宽带慢光的作用，获得了11 dB的相位消光比。数值计算结果与实验结果吻合较好。
2013-10-29 physics.optics
Broadband localization of light at the termination of a topological photonic waveguide
本文实验证明在拓扑光子波导的设计终端处，通过近保持谷自由度抑制背向散射，可在不破坏时间反演对称性的情况下实现宽带光局域增强。
2025-01-02 physics.optics
Nanophotonic Lithium Niobate Electro-optic Modulators
现代通信网络需要将电信号高速转换为光信号的高性能和可扩展电光调制器。现有的碳酸锂调制器具有优异的性能，但体积庞大且难以按比例放大。在这里，我们展示了可扩展的和高性能的纳米光子电光调制器的单晶钛酸锂微谐振器和微型马赫-曾德尔干涉仪。我们展示了一个半波电光调制效率为1.8V $\cdot$ cm和数据速率高达40 Gbps。
2017-01-23 cond-mat.mes-hall physics.optics
Sub-Doppler spectroscopy of quantum systems through nanophotonic spectral translation of electro-optic light
本文利用电光频率梳泵浦氮化硅微环中的Kerr非线性，实现近百万梳齿的低损耗高相干光谱平移，并用于Cs原子蒸气超精细跃迁的亚多普勒光谱测量。
2023-09-27 physics.optics
Broadband ultrafast self-heterodyned chiro-optical spectroscopy
针对瞬态手性光学响应难与非手性贡献分离的问题，本文提出集成双折射共光路干涉仪与偏振桥的宽带超快自外差手性光谱技术，实现高灵敏探测，在金纳米螺旋阵列和卤化铅钙钛矿中验证并阐明动力学机制，为多领域研究提供新平台。
2025-11-13 cond-mat.other physics.optics
Ultra-broadband Optical Switching Plasmons Waveguide in Ge Nanowires
针对等离子体材料响应波段窄、调谐方法有限的问题，本研究实现了光调谐锗纳米线的超宽带非平衡等离子体响应，追踪到800-2000 $cm^{-1}$范围的响应蓝移，首次完成光生载流子调谐的半导体纳米线SPPs成像，为超快全光器件提供支撑。
2024-03-11 physics.optics
Coupling nitrogen vacancy centers in silicon carbide to nanophotonic resonators
University of Technology Sydney（悉尼科技大学）；ARC Centre of Excellence for Transformative Meta-Optical Systems（变革性超光学系统卓越研究中心）；The Australian National University（澳大利亚国立大学）
通过微柱和微盘谐振腔增强硅 carbide 中氮空位中心的光子收集和自旋读出，提升磁场灵敏度24%并实现宽带耦合。
2026-02-25 physics.optics quant-ph
Functional meta-optics and nanophotonics govern by Mie resonances
亚波长物体对电磁波的散射伴随着电和磁Mie共振的激发，这可以基本上改变散射强度和辐射图案。散射场可以分解为电多极和磁多极，磁多极定义了支撑全介质谐振超光学新领域的结构材料的磁响应。在这里，我们回顾了最近的发展，在元光学和纳米光子学，并证明了米氏共振可以发挥至关重要的作用，提供新的方法，为增强附近的许多光学效应的磁和电多极共振，以及驱动各种干涉现象，管理最近发现的新效应在纳米光子学。我们进一步讨论了全介电超光学的前沿领域，包括非线性纳米光子学，anapole纳米激光器，量子层析成像和拓扑光子学。
2017-10-24 physics.optics
Silicon Nanophotonic Waveguides for the Mid-Infrared
最近已经表明，硅纳米光子波导可以用于在单个芯片上构造光子数据传输系统的所有组件。这些组件可以与CMOS电子器件集成在一起，以创建复杂的电子-光子集成电路。硅纳米尺度导向的高场限制也使令人兴奋的新应用成为可能，从芯片级非线性光学到生物传感器和光力激活设备。迄今为止，硅波导的大多数实验都是在近红外波长范围内进行的，范围从1.1-2微米。在这里，我们表明，单模硅纳米波导可用于中红外波长，特别是在4.5微米，或2222.2 1/cm。这个想法已经出现在理论文献中，但实验实现一直难以捉摸。这一结果代表了第一个实用的硅中红外集成波导系统，并实现了一系列新的应用。
2009-11-04 physics.optics
Nanophotonic Luminescent Solar Concentrators
我们研究了两种可制造的纳米腔LSC结构，双层平板和平板光子晶体中光子局域态密度和发光太阳能聚光器（LSC）性能之间的联系。时域电磁场模拟结果表明，在相同数量的激发发光体的情况下，与工作在射线光学极限的传统LSC相比，光子晶体的波导发光光子通量可以提高30%.进一步的光子工程可以实现波导发光通量的一个数量级的增加。
2013-07-05 physics.optics
Visible octave frequency combs in silicon nitride nanophotonic waveguides driven by Ti:sapphire lasers
Max Planck Institute for the Science of Light（马克斯·普朗克光科学研究所）；Alexandria University（亚历山大大学）
本文通过空气包层硅氮纳米光子波导和钛宝石激光实现可见光八倍频梳，展示了高效率和可扩展性。
2026-01-07 physics.app-ph physics.optics
Nonlinear silicon waveguides generating broadband, spectrally engineered frequency combs spanning 2.0-8.5 um
具有亚波长模式限制和工程色散分布的纳米光子波导是在低脉冲能量下应用定制的非线性光学相互作用的优秀平台。在这里，我们提出了全空气包层悬浮硅波导的红外频率梳产生的光带宽仅限于硅的透明度。当用100 pJ脉冲以3.10 μ m泵浦时，所获得的光谱被光刻定制为在中红外（2.0-8.5 μ m或1170- 5000 cm-1）中跨越2.1倍频程。新颖的叉形耦合器提供仅1.5 dB损耗的高效输入耦合。所产生的光的相干性、亮度和稳定性在双频梳状设置中突出显示，其中在4.8-8.5 μ m（2100-1170 cm-1）的波长范围内以30 dB消光比和100 MHz间隔分辨各个梳状线。这些源用于宽带气相和液相双梳光谱与100 MHz的梳线分辨率。我们在包含112，200条梳状线的同时带宽上实现了10 Hz ^[0.5]的峰值频谱信噪比。这些结果提供了一种途径，进一步集成与开发高重复频率梳状激光器的紧凑型传感器与基于芯片的化学分析和光谱学的应用。
2019-06-18 physics.optics
Laser fabrication of crystalline silicon nanoresonators from an amorphous film for low-loss all-dielectric nanophotonics
高折射率亚波长介电纳米谐振器的概念，支持电和磁光谐振，是一个有前途的平台，波导，传感和非线性纳米光子器件。然而，纳米谐振器中的高浓度缺陷降低了它们的谐振特性，这在很大程度上取决于它们的内部损耗。因此，它似乎是不可避免的，使用最初的晶体材料的纳米谐振器的制造。在这里，我们表明，通过飞秒激光烧蚀非晶（高损耗）硅薄膜的结晶（低损耗）共振硅纳米粒子的制造是可能的。我们采用两种概念上不同的方法：最近提出的激光诱导转移和一种新的激光写入技术的晶体纳米粒子的大规模制造。通过拉曼光谱和电子透射显微镜证明了所制造的纳米颗粒的结晶性，而使用暗场光学光谱和全波电磁模拟研究了纳米颗粒的光学谐振特性。
2015-12-12 physics.optics
